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Projektbeispiel: RTSE

Mit Algorithmen den Bahnverkehr regeln

Selbstfahrende Autos sind bereits in aller Munde. Doch auch im Schienenverkehr sollen die Rollen dank innovativer Methoden neu verteilt werden. An der Weiterentwicklung des Bahnbetriebs sind auch Forschende der ZHAW School of Engineering beteiligt.

Eisenbahnunfälle wie jener im Februar 2016 im bayerischen Bad Aibling soll es in Zukunft nie wieder geben. Denn der Grund für das Unglück, das zwölf Menschenleben forderte, war – wie bei vielen Schienenunfällen zuvor – menschliche Unachtsamkeit bei der Betriebsüberwachung. Im Projekt Rail Transport Service Environment (RTSE) treiben ZHAW-Forschende gemeinsam mit Wirtschaftspartnern die Automatisierung im Schienenverkehr voran. Zwar ist der Bahnbetrieb bereits heute zu einem grossen Teil automatisiert, dennoch liegt der sichere Verkehrsfluss immer noch häufig in Menschenhand. Die Rollenverteilung in der Betriebszentrale wird sich künftig weiterentwickeln. «Es ist wie in allen industriellen Bereichen so, dass es statt Umsetzungsfunktionen immer mehr Überwachungsfunktionen gibt – diese sind aber umso anspruchsvoller», so Raimond Wüst vom ZHAW-Institut für Datenanalyse und Prozessdesign (IDP). «Es braucht ein ausgewogenes Wechselspiel zwischen Mensch und Maschine.» Denn noch muss der Mensch die automatisierten Abläufe verlässlich überwachen, um notfalls einzugreifen.

«Es braucht ein ausgewogenes Wechselspiel zwischen Mensch und Maschine.»

Dr. Raimond Wüst, Projektleiter, Institut für Datenanalyse und Prozessdesign (IDP)

Den idealen Fahrplan automatisch berechnen

Höhere Sicherheit ist aber nur einer von mehreren Aspekten, welche die Forschenden im Rahmen von RTSE verfolgen. Die Automatisierung soll auch vor dem Fahrplan nicht haltmachen und dafür sorgen, die Auslastung zu verbessern und die Kapazität zu erhöhen. «In Netzwerken gibt es immer Knotenpunkte, an denen Engpässe entstehen können», so Raimond Wüst. «Wird der Fahrplan automatisch in Echtzeit angepasst, fliesst der Verkehr bestmöglich.» Das System berechnet dazu, wann und wo welcher Zug mit welcher Geschwindigkeit fahren soll. Mit automatisch generierten, temporären Ersatzfahrplänen könnte man ausserdem künftig besser auf Störungen reagieren oder auch Einschränkungen durch Baustellen minimieren. «Angenommen auf einer doppelspurigen Strecke wird ein Gleis gesperrt, so dass der normale Fahrplan nicht mehr abgewickelt werden kann: Wie reduziert man in der Folge das Angebot so, dass am wenigsten Fahrgäste davon betroffen sind?», fragt Raimond Wüst. «Das ist eine rein planerische Aufgabe, die man erfahrungsbasiert lösen könnte; oder aber man lässt den Idealfall automatisch berechnen.» Noch ist das für die Forschenden ein Experimentierfeld. In Zukunft soll das System aber spontan auf unvorhergesehene Ereignisse reagieren können und innerhalb von Minuten einen alternativen Fahrplan liefern.

Sicherheitsanforderungen bremsen autonome Züge aus

Gemäss der Vision, die Raimond Wüst und sein Team mit vielen anderen teilen, wird der Bahnbetrieb dereinst ganz ohne menschliches Zutun vonstattengehen. Konkret heisst das, dass sich die Züge künftig autonom fortbewegen werden. «Den Beruf des Lokführers, wie wir ihn heute kennen, wird es langfristig nicht mehr geben», so Raimond Wüst. Obwohl die technischen Grundlagen für selbstfahrende Züge heute bestehen, hinkt der Schienenverkehr auf dem Gebiet des autonomen Fahrens dem Strassenverkehr hinterher. Dies liegt vor allem an den enormen Sicherheitsanforderungen, welche die Umsetzung erschweren: «Man will selbstfahrende Züge nur dann einsetzen, wenn das Gleis entsprechend gesichert ist – beispielsweise mit Schiebetüren wie bei der U-Bahn zum Dock E am Flughafen Zürich», erklärt Raimond Wüst. «Eine schleichende Einführung des autonomen Fahrens, wie wir es in den kommenden Jahrzehnten im Strassenverkehr erleben werden, ist im Schienenverkehr nicht oder nur auf isolierten Strecken möglich, weil wir hier das ganze System überarbeiten müssen.» Wenn es aber dereinst so weit sein wird, versprechen sich die Forscher vom autonomen Fahren auf der Schiene die gleichen Vorteile wie im Strassenverkehr: neben erhöhter Sicherheit eine optimale Verdichtung des Verkehrs und gleichzeitig eine bessere Verteilung.

Auf einen Blick

Beteiligte Institute und Zentren:

Projektpartner:

Beteiligter Studiengang:

Finanzierung: Innosuisse (ehemals KTI)

Projektstatus: laufend